骨质量与骨质疏松

2017/11/10,1,骨质量概念的新进展,骨质量为骨骼能够对抗外力而不发生骨折的能力，主要包括：骨微结构（Bone Microarchitecture）矿化成分 （Mineral Composition ）有机基质 （Organic Matrix）骨转换 （Bone Turnover）骨微损伤 （Bone Microdamage）,2017/11/10,2,管状骨的骨质疏松特点,r,R,2017/11/10,3,管状骨骨质疏松特点,内径（r)与外径(R）比值 （）增大 = r/R 骨量 只与 有关，与外径（R）和内径 （r） 的绝对尺寸无关 30岁左右正常年轻人下肢骨骨干中部 值接近0.35,2017/11/10,4,松质骨的生物力学强度,松质骨由许多单个骨小梁互相连接而成网状结构，材料硬度是指单个骨小梁硬度，结构硬度是指网状结构硬度,2017/11/10,5,管状骨与松质骨骨质疏松特点,管状骨与松质骨不仅结构不同，其骨质疏松特点也存在差异管状骨骨质疏松表现为管壁变薄，骨骼横截面上内径增大，而松质骨则表现为平均骨密度减少,2017/11/10,6,人体脊柱松质骨随年龄变化,皮质孔隙增加，微构筑减弱纵、横行骨小梁的强度均降低,2017/11/10,7,骨质量的概念,骨质量为骨骼能够对抗外力而不发生骨折的能力，主要包括：骨微结构 （Bone Microarchitecture）矿化成分 （Mineral Composition ）有机基质 （Organic Matrix）骨转换 （Bone Turnover）骨微损伤 （Bone Microdamage）,2017/11/10,8,骨矿盐,胶原原纤维内存在骨矿盐结晶，原纤维的结构及机化能限制结晶的大小并控制方向,2017/11/10,9,骨矿盐,矿盐提供刚度及强度结晶大小结晶分部的范围结晶的同质性及异质性在年老骨，骨矿含量，结晶大小平均，分布变窄，复合材料减弱,2017/11/10,10,骨矿盐,骨越矿化，弹性模量越高；硬度增加高矿化及高结晶 降低塑性变形，在极限衰竭前启动微裂隙的发生骨重建被抑制后，可使骨更老化、更高矿化， 对骨打击的吸收能量,2017/11/10,11,骨矿化程度,骨强度决定于骨基质体积、骨微结构及骨矿化程度骨的蛋白质含量越多，矿化程度越低象牙质 矿化程度 齿质 钙化软骨 交织骨 板状骨板层骨含胶原纤维最多，矿化组织化最少,2017/11/10,12,骨质量的概念,骨质量为骨骼能够对抗外力而不发生骨折的能力，主要包括：骨微结构 （Bone Microarchitecture）矿化成分 （Mineral Composition ）有机基质 （Organic Matrix）骨转换 （Bone Turnover）骨微损伤 （Bone Microdamage）,2017/11/10,13,骨胶原,胶原提供延性及韧性，作为生物复合体的软蛋白，能减轻矿盐结晶及蛋白/矿盐界面的打击损害胶原性能的变化能改变矿盐含量及其沉积随年龄增加，胶原含量减少，矿盐/胶原比例胶原损害将降低骨韧度及强度而非刚度,2017/11/10,14,基质细胞外蛋白(Matrix Extracellular Protein,MEPE),蛋白多糖 大的硫酸软骨素蛋白多糖 小的富亮氨酸蛋白多糖 ：二聚糖等糖氨聚糖：透明质酸糖蛋白：骨连接素，骨桥蛋白，涎蛋白，小的整合素连接N-链接糖基化（SIBLINGS），生长因子维生素K依赖蛋白：骨钙素，Gla蛋白,2017/11/10,15,骨基质蛋白,骨基质蛋白及蛋白多糖可能与成核及矿盐沉积有关；直接或间接参与骨重建，募集细胞附着于骨骨基质蛋白与细胞因子、生长因子、细胞表面受体及其他基质蛋白间有重要相互作用,2017/11/10,16,骨质量的概念,骨质量为骨骼能够对抗外力而不发生骨折的能力，主要包括：骨微结构 （Bone Microarchitecture）矿化成分 （Mineral Composition ）有机基质 （Organic Matrix）骨转换 （Bone Turnover）骨微损伤 （Bone Microdamage）,2017/11/10,17,骨转换和骨转换率,对成年人来说，一般骨转换即指骨的重建过程，确定骨转换状况的金标准是骨的组织形态学计量分析。骨转换率可简单地理解为骨的代谢率，可用骨重建率来衡量。后者又主要由三个因素决定，即骨重建单位的重建速度、一定时间内参与的骨重建单位数量及骨重建单位形成后的体积（容量）。如果骨重建速率加快，参与骨重建单位的数目增多和形成的骨重建单位体积变小即可导致骨量丢失，相反则可增加骨量或延缓骨量丢失。,2017/11/10,18,骨重建,具两种不同但相关功能： 一、形成骨结构：在骨的大小、形状、骨量及强度上以最优状态适应当前力学负荷 二、维持钙体内平衡：由细胞控制进出骨的矿盐流动,2017/11/10,19,骨重建,结构性骨重建可视为骨骼更新，包括 BMU 及器官水平，也包括疲劳性损害的修复移除及代替已接近生命终期骨的微结构，使骨处于更适合生理情况的微环境是应用抗骨吸收药物减少骨折风险的主要基础,2017/11/10,20,骨重建影响骨质量的机制（1）,2017/11/10,21,骨重建影响骨质量的机制（2）,2017/11/10,22,骨重建影响骨质量的机制（3）,微小损伤,正 反 馈,骨重建,骨质量,正 反 馈,2017/11/10,23,骨质量的概念,骨质量为骨骼能够对抗外力而不发生骨折的能力，主要包括：骨微结构 （Bone Microarchitecture）矿化成分 （Mineral Composition ）有机基质 （Organic Matrix）骨转换 （Bone Turnover）骨微损伤 （Bone Microdamage）,2017/11/10,24,微损害,骨在负荷时逐渐积累微裂隙，当负荷量、循环次数、微裂隙的数目及大小和时间不断增加，微裂隙逐渐融合为一个大的裂隙，后者逐渐发展，终致断裂,2017/11/10,25,微裂隙,一个裂隙易于启动但生长困难，较一个很难启动但一旦开始即能达到临界大小，对疲劳衰竭有更大抵抗能抵抗疲劳衰竭的材料多能抵抗裂隙的生长而非裂隙的启动骨转换被抑制后，裂隙不仅聚集，而且长期存在，多能生长至临界大小裂隙长度是决定能否抵抗骨折的重要变数,2017/11/10,26,微裂隙,生理情况下，骨产生的微裂隙较小且孤立，骨本身的生物过程有时间消除，但有时微裂隙会早熟形成及扩展骨的微损害决定于微结构限制微裂隙大小和数目生长的能力骨的粘合线及板层界面是停止或消除微裂隙的重要微结构典型的微裂隙沿板层间界面到达粘合线，停止或沿粘合线分叉,2017/11/10,27,Reproduced with permission from Seeman E. Advances in Osteoporotic Fracture Management 2: 2-8, 2002 and Fyhrie DP. Bone 15:105-109, 1994,人体松质骨和皮质骨微损伤,2017/11/10,28,Reproduced with permission from Mashiba T et al. J Bone Miner Res 15:613-620; 2000,*P.05 vs placebo*P.01 vs placebo,Microcrack Surface Density(m/mm2)Mean SEM,Placebo,Risedronate,20,15,10,5,0,*,Alendronate,*,应用大剂量二磷酸盐对狗微裂隙表面密度的影响,2017/11/10,29,Reproduced with permission from Mashiba T et al. Bone 28:524-531, 2001,微裂隙,Risedronate,Alendronate,2017/11/10,30,Reproduced with permission from Komatsubara S. J Bone Miner Res 18: 512-520, 2003,2017/11/10,31,疲劳与微损伤,在小于屈服点的外力重复作用下，骨组织的力学强度或杨氏模量随时间延长而降低，称为疲劳（fatigue），骨结构中微裂隙由疲劳积累形成微裂隙在外力重复作用下可逐渐延伸、增长和相互连接，使已经“疲劳”的骨组织产生骨折所需外力比正常要小得多,2017/11/10,32,骨的疲劳及微损害,骨作为复合结构，是一种多层次非同质材料，有广泛界面，并有潜势在不同水平产生骨基质损害骨的完整性包括骨微损害及其修复骨的微裂隙或微损害是骨微结构疲劳的结果骨单位重建能移除及代替（修复）微裂隙,2017/11/10,33,疲劳损害对力学完整性的影响,骨疲劳损害聚集时，抗骨折能力： 低水平疲劳：相当于 15% 刚度丢失，力学行为与微损害的骨相似，有一定比例的刚度、强度与抗骨折力（骨折做功及屈服后变形） 较高疲劳水平：刚度及强度成比例丢失，骨折做功与屈服后变形远较刚度变化要大，有的不显屈服后变形而立即断裂,2017/11/10,34,如何调节微损害的骨重建,骨细胞的小管突起伸展到骨基质内，有发展良好的骨架，通过粘连分子附